CN102494428B - 液动潜孔制冷机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种液动潜孔制冷机。包括液动压缩制冷系统、载冷剂循环系统和通道I-IX连接构成。本发明改变了现有钻具内冷量供应模式，无需在地表将蓄冷介质冷却后再安装到钻具内再释放冷量，而是直接在孔内制冷，在不断通入钻井液的情况下能连续提供冷量，解决蓄冷式供冷方式冷量较易损耗、供给有限、不利于实现按需要在孔内多次释放冷量等问题。综上所述，较先蓄冷后供冷方式，本发明具有比较突出的优点。本发明采用钻井液作为动力传输介质而非电力，采用液动潜孔往复机构驱动制冷压缩机和容积式循环泵，充分利用钻井液循环冷却冷凝器，避免了采用电气结构带来的复杂性，简单可靠，制冷成本低廉，制冷效果好。
Description
技术领域：
本发明涉及一种钻探取样的潜孔制冷机，尤其是天然气水合物钻探保压取样用的液动潜孔制冷机。
背景技术
在天然气水合物钻探取样领域，为获取天然气水合物保真样品，钻具须具备保压保温功能。CN101706379A公开的冰阀式保压保温取样器，以冰阀取代常规球阀或板阀结构，其实现保压功能的关键机构具有无运动部件、无密封件、无精密配合表面的特点，对孔内富含颗粒物的复杂环境适应能力强，有利于增大保压成功率、保压率和岩心采取率，但其制冷系统采用的是存储式冷源供应方式，涉及低温蓄冷介质的地面制取、安装、保冷等问题，存在冷量较易损耗、供给有限、不利于实现按需要在孔内多次释放冷量等缺点。
发明内容：
本发明的目的就是针对上述现有技术的不足，提供了一种液动潜孔制冷机。
本发明的目的是通过一下技术方案实现的：
液动潜孔制冷机，包括液动压缩制冷系统、载冷剂循环系统和通道I-IX连接构成；
——液动压缩制冷系统是由外缸5上端和下端分别通过螺纹与制冷机上接头1和往复式压缩机机体11连接，下缸盖10、缓冲弹簧9、缸体7、上缸盖6、射流元件4及垫片3自下而上依次插入外缸5中，并用密封圈密封，潜孔锤活塞8沿缸体7、下缸盖10、压缩机机体11内壁滑动构成滑动副，潜孔锤活塞8与压缩机机体11间用防尘密封圈和Y型密封圈密封，压缩机活塞12和压缩机机体11间采用润滑油间隙配合密封，吸气阀片13、排气阀片14、升程限制器17通过销钉16紧固在阀板15上，阀板15、吸排气缸体18、端盖19至上而下依次通过连接螺栓20与压缩机机体11连接，并在各端面上采用密封垫密封，冷凝铜管23上端和下端通过焊接分别与冷凝器上接头21和冷凝器下接头27连接，并围绕冷凝器内管25盘旋成螺旋状，节流毛细管26两端通过焊接与冷凝器下接头27连接，并螺旋盘置在冷凝器内管25内，冷凝器内管25上端和冷凝器上接头21通过螺栓22与端盖19和吸排气缸体18连接，冷凝器内管25下端和冷凝器下接头27通过螺栓28与蒸发器接头29连接，蒸发器铜管31通过焊接与蒸发器接头连接，并呈螺旋状盘在蒸发器内管33外侧，蒸发器外管32、内管33通过螺纹与蒸发器接头29连接，并加密封圈，蒸发器隔层管34两端插接在蒸发器接头29和液道变换接头35上，并采用密封圈密封构成；
——载冷剂循环系统是由外缸45上下两端通过螺纹分别与液道变换接头35和上泵体50连接，并用密封圈密封，下缸盖47、缓冲弹簧46、缸体44、上缸盖43、射流元件42及垫片38自下而上依次插入外缸45中，并用密封圈密封，垫片38通过定位销39与射流元件42连接，潜孔锤活塞48沿缸体44、下缸盖47、上泵体50内壁滑动形成滑动副，往复泵活塞49与上泵体50间用密封圈密封，下泵体58插接到上泵体50下端，并用密封圈密封，排液阀阀座54、进液阀阀座57自上而下依次插入下泵体58中，并通过下泵体58的凸台定位，排液阀阀心53插入到排液阀阀座54中形成滑动副，通过排液阀弹簧52复位，进液阀阀心56插入到进液阀阀座57中形成滑动副，通过进液阀弹簧55复位，载冷剂循环外管40两端通过螺纹分别与液道变换接头35和下泵体58连接，用密封圈密封，隔层循环管41两端分别插接到液道变换接头35和下泵体58上，采用密封圈密封构成。
——通道I-通道IX的构成包括：
通道I：由制冷机上接头1的心孔道和垫片3中心孔道组成。
通道II：由下缸盖10轴向孔道和径向孔道，压缩机循环系统与制冷机上外管2、制冷机外管接头24、制冷机中外管30所形成的环空和液道变换接头35径向孔道与轴向中心孔道组成。
通道III：由液道变换接头轴向孔道和径向孔道，往复循环泵与制冷机下外管40形成的环空组成。
通道IV：由阀板15的吸气孔，压缩机吸排气缸18的吸气缸，端盖19的吸气孔，冷凝器上接头21、冷凝器下接头27和蒸发器接头29上的回气孔，蒸发器铜管31组成。
通道V：阀板15排气孔，压缩机吸排气缸18的排气缸，冷凝器上接头21、冷凝器下接头27和蒸发器接头29上的排气孔，冷凝铜管23组成。
通道VI：由冷凝器下接头27上的排气孔道和毛细铜管26组成。
通道VII：由蒸发器内管33与蒸发器隔层管34形成的环空，液道变换接头35的内侧轴向三个小孔和底端径向小孔，外缸45和上泵体50与隔层循环管41形成的环空，下泵体58的进液通道组成。
通道VIII：由下泵体58的排液通道组成。
通道IX：由蒸发器外管32与蒸发器隔层管34形成的环空，液道变换接头35外侧轴向小孔，载冷剂循环外管37与隔层循环管41形成的环空，下泵体58的返液孔道组成。
有益效果：本发明改变了现有钻具内冷量供应模式，无需在地表将蓄冷介质冷却后再安装到钻具内再释放冷量，而是直接在孔内制冷，在不断通入钻井液的情况下能连续提供冷量，解决蓄冷式供冷方式冷量较易损耗、供给有限、不利于实现按需要在孔内多次释放冷量等问题。综上所述，较先蓄冷后供冷方式，本发明具有比较突出的优点。本发明采用钻井液作为动力传输介质而非电力，采用液动潜孔往复机构驱动制冷压缩机和容积式循环泵，充分利用钻井液循环冷却冷凝器，避免了采用电气结构带来的复杂性，简单可靠。
附图说明：
附图1为：液动潜孔制冷机结构图
附图2为附图1cA-A截面图
附图3为附图1cB-B截面图
附图4为附图1cC-C截面图
1制冷机上接头，2制冷机上外管，3垫片，4射流元件，5外缸，6上缸盖，7缸体，8潜孔锤活塞，9缓冲弹簧，10下缸盖，11压缩机机体，12压缩机活塞，13吸气阀片，14排气阀片，15阀板，16销钉，17升程限制器，18吸排气缸，19端盖，20连接螺栓，21冷凝器上接头，22连接螺栓，23冷凝铜管，24制冷机外管接头，25冷凝器内管，26毛细铜管，27冷凝器下接头，28连接螺栓，29蒸发器接头，30制冷机中外管，31蒸发器铜管，32蒸发器外管，33蒸发器内管，34蒸发器隔层管，35液道变换接头，36封隔接头，37载冷剂循环外管，38垫片，39定位销，40制冷机外下管，41隔层循环管，42射流元件，43上缸盖，44缸体，45外缸，46缓冲弹簧，47下缸盖，48潜孔锤活塞，49往复泵活塞，50上泵体，51阀盖，52排液阀弹簧，53排液阀阀芯，54排液阀阀座，55进液阀弹簧，56进液阀阀芯，57进液阀阀座，58下泵体。
I-冲洗液进入潜孔制冷机通道；II-冲洗液驱动压缩机工作后排出通道；III-冲洗液驱动往复循环泵工作后排出通道；IV-低温低压制冷剂蒸汽吸入压缩机通道；V-高温高压制冷剂蒸汽排出压缩机通道；VI-毛细节流通道；VII-低温载冷剂流入泵体通道；VIII-低温载冷剂流出泵体通道；IX高温载冷剂返回蒸发器通道。
附图1a的下部与附图1b的上部连接，附图1b的下部与附图1c的上部连接.
具体实施方式：
下面结合附图和实施例作进一步的详细说明：
液动潜孔制冷机，包括液动压缩制冷系统、载冷剂循环系统和通道I-IX连接构成；
——液动压缩制冷系统是由外缸5上端和下端分别通过螺纹与制冷机上接头1和往复式压缩机机体11连接，下缸盖10、缓冲弹簧9、缸体7、上缸盖6、射流元件4及垫片3自下而上依次插入外缸5中，并用密封圈密封，潜孔锤活塞8沿缸体7、下缸盖10、压缩机机体11内壁滑动构成滑动副，潜孔锤活塞8与压缩机机体11间用防尘密封圈和Y型密封圈密封，压缩机活塞12和压缩机机体11间采用润滑油间隙配合密封，吸气阀片13、排气阀片14、升程限制器17通过销钉16紧固在阀板15上，阀板15、吸排气缸体18、端盖19至上而下依次通过连接螺栓20与压缩机机体11连接，并在各端面上采用密封垫密封，冷凝铜管23上端和下端通过焊接分别与冷凝器上接头21和冷凝器下接头27连接，并围绕冷凝器内管25盘旋成螺旋状，节流毛细管26两端通过焊接与冷凝器下接头27连接，并螺旋盘置在冷凝器内管25内，冷凝器内管25上端和冷凝器上接头21通过螺栓22与端盖19和吸排气缸体18连接，冷凝器内管25下端和冷凝器下接头27通过螺栓28与蒸发器接头29连接，蒸发器铜管31通过焊接与蒸发器接头连接，并呈螺旋状盘在蒸发器内管33外侧，蒸发器外管32、内管33通过螺纹与蒸发器接头29连接，并加密封圈，蒸发器隔层管34两端插接在蒸发器接头29和液道变换接头35上，并采用密封圈密封构成；
——载冷剂循环系统是由外缸45上下两端通过螺纹分别与液道变换接头35和上泵体50连接，并用密封圈密封，下缸盖47、缓冲弹簧46、缸体44、上缸盖43、射流元件42及垫片38自下而上依次插入外缸45中，并用密封圈密封，片38通过定位销39与射流元件42连接，潜孔锤活塞48沿缸体44、下缸盖47、上泵体50内壁滑动形成滑动副，往复泵活塞49与上泵体50间用密封圈密封，下泵体58插接到上泵体50下端，并用密封圈密封，排液阀阀座54、进液阀阀座57自上而下依次插入下泵体58中，并通过下泵体58的凸台定位，排液阀阀心53插入到排液阀阀座54中形成滑动副，通过排液阀弹簧52复位，进液阀阀心56插入到进液阀阀座57中形成滑动副，通过进液阀弹簧55复位，载冷剂循环外管40两端通过螺纹分别与液道变换接头35和下泵体58连接，用密封圈密封，隔层循环管41两端分别插接到液道变换接头35和下泵体58上，采用密封圈密封构成。
——通道I-通道IX的构成包括：
通道I：由制冷机上接头1中心孔道，垫片3中心孔道组成。
通道II：由下缸盖10轴向孔道和径向孔道，压缩机循环系统与制冷机上外管)2、制冷机外管接头24、制冷机中外管30所形成的环空和液道变换接头35径向孔道与轴向中心孔道组成。
通道III：由液道变换接头轴向孔道和径向孔道，往复循环泵与制冷机下外管40形成的环空组成。
通道IV：由阀板15的吸气孔，压缩机吸排气缸18的吸气缸，端盖19的吸气孔，冷凝器上接头21、冷凝器下接头27和蒸发器接头29上的回气孔，蒸发器铜管31组成。
通道V：阀板15排气孔，压缩机吸排气缸18的排气缸，冷凝器上接头21、冷凝器下接头27和蒸发器接头29上的排气孔，冷凝铜管23等组成。
通道VI：由冷凝器下接头27上的排气孔道和毛细铜管26组成。
通道VII：由蒸发器内管33与蒸发器隔层管34形成的环空，液道变换接头35的内侧轴向三个小孔和底端径向小孔，外缸45和上泵体50与隔层循环管41形成的环空，下泵体58的进液通道组成。
通道VIII：由下泵体58的排液通道组成。
通道IX：由蒸发器外管32与蒸发器隔层管34形成的环空，液道变换接头35外侧轴向小孔，载冷剂循环外管37与隔层循环管41形成的环空，下泵体58的返液孔道组成。
工作过程：冲洗液通过通道I进入压缩机射流元件4驱动潜孔锤活塞8做往复运动后，进入通道II下行至封隔接头36，进入液道变换接头35中心通道进入往复泵射流元件42驱动潜孔锤活塞48做往复运动后，冲洗液通过通道III排出。带动压缩机和往复循环泵工作后进入孔底，冷却钻头，携带岩粉上返。潜孔锤活塞8带动压缩机活塞12做往复运动，压缩机活塞12的往复运动控制阀板15上吸气阀13和排气阀14的开启和关闭，压缩机活塞12在吸气时由于抽吸力关闭排气阀14、打开吸气阀13从通道IV吸入低温低压的制冷剂蒸汽，压缩机活塞12排气时由于压力关闭吸气阀13打开排气阀14向通道V排出高温高压的制冷剂气体，高温高压的制冷剂气体经由通道V进入冷凝铜管23后，通过冷凝铜管23与铜管外高速流动的低温冲洗液进行热交换降温冷凝成低温高压的液态制冷剂进入毛细节流通道VI，由于毛细铜管26的节流作用，低温高压的液态制冷剂转换成低温低压高速流动的液态制冷剂进入通道IV，并通过蒸发铜管31与铜管外的载冷剂进行热交换吸热气化成为低温低压的制冷剂蒸汽被压缩机吸入压缩形成一个封闭式循环。
潜孔锤活塞48带动往复泵活塞49做往复运动，通过吸排液体压力以及复位弹簧的共同作用控制进液阀56和排液阀53的开启和关闭，载冷剂在蒸发器通道VII内被降温为低温状态后经由VII通道下行至往复泵进液阀56处随着往复泵的作用进入泵内并被高压通过通道VIII排出泵体，流入潜孔制冷机连接的其他钻具后经由IX通道返回至蒸发器形成一个制冷循环。
Claims (1)
1.一种液动潜孔制冷机，其特征在于，包括液动压缩制冷系统、载冷剂循环系统和通道Ⅰ—Ⅸ连接构成；
——液动压缩制冷系统是由第一外缸(5)上端和下端分别通过螺纹与制冷机上接头(1)和往复式压缩机机体(11)连接，第一下缸盖(10)、第一缓冲弹簧(9)、第一缸体(7)、第一上缸盖(6)、第一射流元件(4)及第一垫片(3)自下而上依次插入第一外缸(5)中，并用密封圈密封，潜孔锤活塞(8)沿第一缸体(7)、第一下缸盖(10)、压缩机机体(11)内壁滑动构成滑动副，潜孔锤活塞(8)与压缩机机体(11)间用防尘密封圈和Y型密封圈密封，压缩机活塞(12)和压缩机机体(11)间采用润滑油间隙配合密封，吸气阀片(13)、排气阀片(14)、升程限制器(17)通过销钉(16)紧固在阀板(15)上，阀板(15)、吸排气第二缸体(18)、端盖(19)至上而下依次通过连接螺栓(20)与压缩机机体(11)连接，并在各端面上采用密封垫密封，冷凝铜管(23)上端和下端通过焊接分别与冷凝器上接头(21)和冷凝器下接头(27)连接，并围绕冷凝器内管(25)盘旋成螺旋状，毛细铜管(26)两端通过焊接与冷凝器下接头(27)连接，并螺旋盘置在冷凝器内管(25)内，冷凝器内管(25)上端和冷凝器上接头(21)通过螺栓(22)与端盖(19)和吸排气第二缸体(18)连接，冷凝器内管(25)下端和冷凝器下接头(27)通过螺栓(28)与蒸发器接头(29)连接，蒸发器铜管(31)通过焊接与蒸发器接头连接，并呈螺旋状盘在蒸发器内管(33)外侧，蒸发器外管(32)、内管(33)通过螺纹与蒸发器接头(29)连接，并加密封圈，蒸发器隔层管(34)两端插接在蒸发器接头(29)和液道变换接头(35)上，并采用密封圈密封构成；
——载冷剂循环系统是由第二外缸(45)上下两端通过螺纹分别与液道变换接头(35)和上泵体(50)连接，并用密封圈密封，第二下缸盖(47)、第二缓冲弹簧(46)、第三缸体(44)、第二上缸盖(43)、第二射流元件(42)及第二垫片(38)自下而上依次插入第二外缸(45)中，并用密封圈密封，第二垫片(38)通过定位销(39)与第二射流元件(42)连接，潜孔锤活塞(48)沿第三缸体(44)、第二下缸盖(47)、上泵体(50)内壁滑动形成滑动副，往复泵活塞(49)与上泵体(50)间用密封圈密封，下泵体(58)插接到上泵体(50)下端，并用密封圈密封，排液阀阀座(54)、进液阀阀座(57)自上而下依次插入下泵体(58)中，并通过下泵体(58)的凸台定位，排液阀阀心(53)插入到排液阀阀座(54)中形成滑动副，通过排液阀弹簧(52)复位，进液阀阀心(56)插入到进液阀阀座(57)中形成滑动副，通过进液阀弹簧(55)复位，载冷剂循环外管(40)两端通过螺纹分别与液道变换接头(35)和下泵体(58)连接，用密封圈密封，隔层循环管(41)两端分别插接到液道变换接头(35)和下泵体(58)上，采用密封圈密封构成；
——通道Ⅰ—通道Ⅸ的构成包括:
通道Ⅰ：由制冷机上接头(1)的心孔道和第一垫片(3)中心孔道组成；
通道Ⅱ：由第一下缸盖(10)轴向孔道和径向孔道，压缩机循环系统与制冷机上外管 (2)、制冷机外管接头(24)、制冷机中外管(30)所形成的环空和液道变换接头(35)径向孔道与轴向中心孔道组成；
通道Ⅲ：由液道变换接头轴向孔道和径向孔道，往复循环泵与制冷机外管下(40)形成的环空组成；
通道Ⅳ：由阀板(15)的吸气孔，吸排气第二缸体(18)的吸气缸，端盖(19)的吸气孔，冷凝器上接头(21)、冷凝器下接头(27)和蒸发器接头(29)上的回气孔，蒸发器铜管(31)组成；
通道Ⅴ：阀板(15)排气孔，压缩机吸排气第二缸体(18)的排气缸，冷凝器上接头（21）、冷凝器下接头（27）和蒸发器接头（29）上的排气孔，冷凝铜管(23)组成；
通道Ⅵ：由冷凝器下接头(27)上的排气孔道和毛细铜管(26)组成；
通道Ⅶ：由蒸发器内管(33)与蒸发器隔层管(34)形成的环空，液道变换接头(35)的内侧轴向三个小孔和底端径向小孔，第二外缸(45)和上泵体(50)与隔层循环管(41)形成的环空，下泵体(58)的进液通道组成；
通道Ⅷ：由下泵体(58)的排液通道组成；
通道Ⅸ：由蒸发器外管(32)与蒸发器隔层管(34)形成的环空，液道变换接头(35)外侧轴向小孔，载冷剂循环外管(37)与隔层循环管(41)形成的环空，下泵体(58)的返液孔道组成。
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